典型多環(huán)芳烴在紅樹林沉積物中的吸附及其影響因素研究.pdf

1、多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是一類典型的持久性有機污染物，它可通過各種環(huán)境介質（大氣、水、生物等）長距離遷移并存在于河口及海岸帶生態(tài)環(huán)境中。紅樹林是熱帶、亞熱帶海岸重要的濕地生態(tài)系統，其生產力高、富含有機質以及強還原性環(huán)境條件等特性，使之成為吸收和累積PAHs的重要場所。但目前有關紅樹林濕地中PAHs的研究大多限于PAHs的含量及來源解析、微生物對PAHs的降解等。PAHs在沉積

2、物中的吸附行為及其影響因素的研究少見報道。紅樹林沉積物具有特殊性，且環(huán)境條件復雜多變，PAHs在其中的吸附行為可能與其他沉積物不同。相關研究工作的開展對于紅樹林濕地的污染控制和生物修復有重要意義。
　　 本文以三種典型PAHs萘(Na)、蒽(An)和苯并[a]芘(B[a]P)為代表，研究了它們在九龍江口紅樹林沉積物中的吸附行為及其受老化、淹水、溫度、鹽度和種植秋茄（Kandelia candel，Kc）幼苗的影響。另外，嘗試將本

3、課題組新建的熒光分析法應用于上述研究，以進一步拓展PAHs的現場、原位研究方法。主要研究內容和結果如下：
　　 (1)新建了同步熒光法直接測定不同沉積物提取液中Na,An和B[a]P的方法。結果表明，該方法測定簡單、快速，無需復雜前處理，其精確度和靈敏度可滿足本研究的要求。
　　 (2)研究了Na,An和B[a]P在沉積物中的吸附及其受老化和淹水作用的影響；分析了沉積物的組成和結構，探討了PAHs吸附及老化、淹水作用的機

4、理。結果表明，Na、An和B[a]P在沉積物中的吸附依次增強；老化作用增強了PAHs在沉積物中的吸附，強吸附態(tài)Na,An和B[a]P分別由48.6％、47.1%和70.3%增至50.5%，54.1%和73.5%：淹水后，沉積物中約有30.3%的Na，16.8%的An和3.46%的B[a]P釋放至上覆水中，但老化后該釋放量明顯減少，分別為18.4%，9.01%和0.710%;所研究九龍江口紅樹林沉積物中主要的吸附劑是碳質顆粒和粘粒：碳質顆

5、粒所占比重小，但吸附PAHs的量高；粘粒是該沉積物的重要組分，對沉積物富集PAHs貢獻最大；該沉積物具有較好的團聚性。老化后，沉積物中的PAHs進入碳質顆粒和團聚體結構的微孔中，吸附于其中較深的吸附位點，較難被解吸。淹水作用在一定程度上破壞了沉積物團聚體的穩(wěn)定性，從而使其吸附的PAHs解吸。
　　 (3)研究了Na,An和B[a]P在紅樹林沉積物上的吸附特性，以及溫度和鹽度對PAHs吸附的影響。結果表明，PAHs在沉積物上的吸附

6、均表現為快速吸附和慢速吸附兩階段過程；Freundlich模型能很好地擬合等溫吸附數據，由其擬合參數可知，沉積物對PAHs的吸附指數n全小于1，表明吸附呈非線性；PAHs的辛醇-水分配系數的對數（logKow）與其在沉積物中吸附容量的對數(logKf)呈線性關系，表明吸附以分配作用為主；溫度由150C升至350C時，PAHs的吸附容量Kf明顯減小，Na的由107.22減至10.792，An、B[a]P的則分別從246.22、2215.8

7、減至33.524、491.13;鹽度由0增至30時，PAHs的吸附容量Kf增加，Na的由20.076增至215.46，An、B[a]P的則分別從73.029、1076.5增至361.10、2714.7.
　　 (4)研究了Na、An和B[a]P在沉積物不同粒徑團聚體中的吸附/解吸行為。結果表明，沉積物不同粒徑團聚體對PAHs的吸附有明顯差異。首先，其吸附動力學特征不同：在0-2 h快速吸附階段，PAHs的吸附速率和吸附量均隨團聚

8、體粒徑減小而增加，在2-72 b的慢速吸附階段，PAHs的吸附速率和吸附量增率則隨團聚體粒徑減小而減小，快吸附階段的差異與團聚體粒徑有關，而慢吸附階段的差異與團聚體結構有關；其次，其吸附容量Kf不同：不同粒徑團聚體對PAHs的吸附容量kf順序為0.063-0.25>0.063>0.25-1.0>1.0 mm，有機質的含量和性質是重要的影響因素。沉積物不同粒徑團聚體中PAHs的解吸過程也表現為快速解吸和慢解吸兩階段，PAHs在不同溶劑中的

9、解吸量順序為二氯甲烷>甲醇>羥丙基-β-環(huán)糊精(HPCD)水溶液，表明其吸附以疏水性分配為主：不同粒徑團聚體中PAHs的解吸行為也表現出明顯的差異；PAHs在沉積物團聚體中的解吸與其吸附時間密切相關，吸附時間越長，解吸量越小。
　　 (5)研究了種植典型紅樹植物Kc幼苗對沉積物中Na、An和B[a]P吸附行為的影響，及其受老化和淹水作用的影響。結果表明，種植Kc幼苗的沉積物中，Na、An和B[a]P自然消解率分別為55.05-7

10、1.54%、47.29-70.41%和43.93-67.31%，明顯高于未種植Kc幼苗的沉積物，表明種植Kc幼苗促進了沉積物中PAHs的自然消解；與未種植Kc幼苗的沉積物相比，種植Kc幼苗的沉積物中HPCD水溶液提取的PAHs和甲醇提取的PAHs含量較高，而剩余PAlls的含量較低，表明種植Kc幼苗促進了沉積物中強吸附態(tài)PAHs向弱吸附態(tài)和生物可利用態(tài)轉化；根際沉積物中生物可利用態(tài)PAHs的含量明顯高于非根際沉積物；根際沉積物的酶活性明

11、顯高于非根際沉積物，表明根際環(huán)境中的微生物活性較高；沉積物中約11.15-23.63%的Na，3.81-5.65%的An和0.32-1.18%的B[a]P被Kc苗根部富集，其中相當一部分被吸收至根內部。采用熒光顯微鏡法觀察到了An向Kc幼苗莖、葉的傳輸；采用光纖熒光法在Kc葉片上下表面均檢測到了An，表明揮發(fā)再沉降也是An由沉積物向植物遷移的重要途徑。三種PAHs在Kc幼苗根部的富集量與其在沉積物中的HPCD水溶液提取態(tài)含量有顯著相關性

12、，表明Kc幼苗根對三種PAHs的富集與其在沉積物中的吸附密切相關；老化后，三種PAHs在沉積物中的吸附增強，從而使其根富集量減??；淹水后，三種PAHs在沉積物中的吸附減弱，從而使其根富集量增加。
　　 (6)綜合上述結果可知，與其他沉積物相比，由于紅樹林沉積物本身性質及所處環(huán)境的特殊性，PAHs在其中的吸附行為也表現出特殊性：紅樹林沉積物含有吸附能力強的碳質顆粒等有機吸附劑和粘粒含量高的特點使其易富集PAHs;團聚結構好的特點使